世界各地的研究人員合作為無尾熊的基因組定序,揭開了一些無尾熊的生物學祕密。

無尾熊在吃樹葉
一隻無尾熊在動物醫院裡大啖尤加利葉,無尾熊是澳洲聯邦政府訂定的瀕危物種。攝於澳洲昆士蘭州畢爾瓦。PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE

無尾熊是出名的古怪小動物。牠們食性專一,依賴澳洲芬芳的尤加利樹林生活,靠有毒的尤加利葉維生。牠們整天睡覺;幼熊吃母熊的糞便;而且牠們罹患的可怕疾病,似乎不會對其他動物造成嚴重影響。

如今,有個研究團隊已完成無尾熊的基因組定序,進一步了解無尾熊如何靠尤加利葉生存、如何嗅出毒素最少的葉子,以及牠們為何這麼容易罹患某些疾病,例如披衣菌感染。

過去數十年來,無尾熊的數量在澳洲大多地區都快速下降,因為牠們棲息的尤加利樹林已經為了開發而遭受砍伐,這也助長可怕的疾病散播。

全球一起來

蕾貝卡.強森(Rebecca Johnson)是雪梨澳洲博物館的保育遺傳學家,也是在《自然:遺傳學》上發表無尾熊基因組研究的第一作者。州政府官員與開發公司不斷打電話聯絡她,向她請教如何在澳洲各地保護健康且具基因多樣性的無尾熊族群。

要回答這些問題,還有什麼方法比定序無尾熊的基因組更好呢?她說,如果「想追蹤並了解某一物種的基因多樣性」,基因組定序是最佳的資訊來源。

所以她召集世界各地的專家組成研究團隊,慢慢拼湊出無尾熊的基因拼圖。「進行基因組定序真的需要一大群人同心協力,」強森說:「但想讓人研究無尾熊並不是很難,因為牠們非常可愛。」

不僅可愛,也非常奇怪。無尾熊靠難以咀嚼的尤加利葉存活,而尤加利葉充滿有毒分子,幾乎其他動物都無法食用這種植物。不過,無尾熊演化出能快速清除毒素的能力,所以牠們能每天吃掉好幾磅的尤加利葉也不會生病。

但是尤加利葉所含的熱量極少,所以無尾熊一天會花22小時在休息或睡覺上。

強森的團隊發現,無尾熊基因組含有解毒蛋白密碼的部分,大約是其他哺乳類(含人類)的兩倍大。研究人員推測,這個部分的基因,應該是在很久以前意外自行複製。複製成兩倍後,演化壓力可能使這些額外的基因向新的方向演化,讓無尾熊的解毒系統更好,清除不同的尤加利葉毒素時更有效率。

麻省理工學院的研究人員米莉安.希夫曼(Miriam Shiffman)解釋說:「這是一種共演化的現象。」她曾研究無尾熊的腸道微生物群系如何幫助消化尤加利葉。尤加利樹演化出含有「複雜化學物質混合物」的葉子以避免自己被吃掉,而無尾熊則演化出更好的方法來對付這些化學物質。

超靈敏鼻子

研究團隊也了解到了無尾熊如何選擇食物。多年來,研究人員已觀察到無尾熊會嗅聞樹葉,很好奇牠們為何會選擇吃掉某些葉子,卻丟掉其他葉子。研究人員曾懷疑,無尾熊能以某種方式,從樹葉的氣味察覺每片樹葉有毒或營養的程度。

果不其然,他們在無尾熊基因組中控制嗅覺器官的部分,找到大量額外基因。這些基因能幫助無尾熊在不同薄荷味的藥用化學複合物中,嗅出細微的氣味差異,而正是這些複合物讓尤加利葉散發出獨特氣味。

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無尾熊很擅長清除有毒的植物分子,但牠們清除毒素的系統也會非常、非常快地清掉許多藥物,速度比人類快上許多倍。另外,用於治療某些疾病的抗生素會干擾無尾熊的腸道微生物群系,影響牠們分解尤加利葉的能力,漸漸使牠們挨餓。

這讓獸醫與科學家很難為無尾熊治療披衣菌感染等疾病,因為科學家用來治療人類或其他有袋動物的藥物都對無尾熊無效。許多研究人員已經花費數年時間,試圖開發一種能預防無尾熊感染披衣菌的疫苗。

「整個無尾熊研究社群都在努力開發疫苗……但卻受到限制,因為我們不夠了解牠們的免疫系統。」雪梨科技大學的微生物學家薇拉.休斯頓(Willa Huston)說:「如今我們了解涉及免疫反應的數千個基因,就能用實證與科學來打造標靶疫苗。」

病毒基因偷搭便車

無尾熊也會感染反轉錄病毒,這種病毒類似於人類免疫缺陷病毒(HIV),會削弱無尾熊的免疫系統,讓牠們更容易遭受病魔攻擊,像是感染披衣菌或罹患癌症。有時這些反轉錄病毒會悄悄地嵌入遺傳密碼。研究人員發現,反轉錄病毒已經在無尾熊的演化史中嵌入數十次,這種偷襲到現在仍持續出現。

目前所有在昆士蘭州接受檢測的無尾熊,體內都有反轉錄病毒株,但某些現代病毒株比古代病毒株更具破壞力。強森解釋,基因組研究能幫助研究人員追蹤病毒株,並為科學家提供基礎,以製作出較好的疫苗。

深入研究遺傳密碼,也可能有助於保育人士了解如何讓某些零散且瀕危的族群維持基因多樣性。

昆士蘭州詹姆士庫克大學的保育遺傳學家夏儂.基爾德森(Shannon Kjeldsen)解釋說,目前無尾熊面臨許許多多的威脅,而族群內的基因多樣性能幫助牠們應付不同壓力。但如果族群開始近親繁殖,她說:「整個物種就會愈來愈難應付新的挑戰。」如今,生物學家將基因組作為參考,能追蹤不同無尾熊族群的狀況,也能更了解採取行動的方式與時機。

撰文:Alejandra Borunda

編譯:涂瑋瑛

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(本文的網頁首圖Photo Credit : cuatrok77, via Flickr, CC BY-SA 2.0